Coqueamento Bolsonaro (Recuperação Automática)

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Coqueamento Bolsonaro
Tem como objetivo converter termicamente resíduos de petróleo em correntes líquidas de maior valor agregado, com destaque para aquelas que irão compor a produção de óleo diesel. Também é formado coque, cujo rendimento dependem da carga e das variáveis do processo. Principais vantagens do processo:
Aumento da conversão de petróleos pesados (agrega valor)
Aumento da produção de óleo diesel.
Consumo de resíduo de vácuo, base para a formação de óleo combustível, cuja demanda tende a se reduzir cada vez mais.
Aumento da margem de refino das refinarias.
Tecnologia madura, por estar em constante evolução, desde 1920.
FUNDAMENTOS DO PROCESSO
Envolve a decomposição térmica dos hidrocarbonetos, ou seja, craqueamento térmico, pela exposição a alta temperatura, em curto intervalo de tempo, na qual ocorrem reações em cadeia que levam à formação de coque. O mecanismo das reações envolve três etapas distintas:
Iniciação: Choque e quebra, cisão homolítica, das moléculas, gerando radicais livres (reativas).
Propagação: Os radicais podem continuar reagindo com outras moléculas, gerando moléculas menores, por meio da reação de abstração de um átomo de hidrogênio (altas pressões) ou pela decomposição do radical formando um HC olefínico e um novo radical (baixas pressões).
Terminação: Os radicais podem se combinar e formar moléculas de maior tamanho de cadeia, ou formar duas outras moléculas (olefínica e parafínica) numa desproporcionalização. 
Principais reações de Craqueamento Térmico:
HC Parafínicos: Decomposição Homolítica e Desidrogenação.
HC Olefínicos: Polimerização
HC Naftênicos: Desalquilação, Desidrogenação e Decomposição homolítica
HC Aromáticos: Desalquilação e Condensação
Mecanismos de Formação do Coque: 
O coque verde de petróleo consiste em uma variedade de estruturas formadas a partir de HC aromáticos altamente condensados. Os mecanismos de formação de coque dependem da qualidade da carga e das variáveis do processo, principalmente o par tempo-temperatura. 
Precipitação de Asfaltenos
Policondensação de Aromáticos e Polimerização de Olefinas: Desidrigenização e desalquilação.
CARGA DO PROCESSO
A principal carga do processo é o Resíduo de Vácuo (RV), podendo-se processar também o resíduo asfáltico da unidade de desasfaltação, o óleo decantado da UFCC e o resíduo da unidade de destilação atmosférica (RAT). A qualidade da carga é o principal fator que define a qualidade do coque, e as características mais importantes são: 
Resíduo de Carbono: é uma função direta dessa característica, daí a importância desta análise.
Teor de asfaltenos e caráter aromático: decisiva no mecanismo predominante de formação de coque, assim, enquanto as cargas mais concentradas em asfaltenos (RASF), geram coques de baixa qualidade (amorfo), as cargas com maiores teores de aromáticos (óleo decantado), dão origem a coques cristalinos de melhor qualidade.
Metais e enxofre: os metais tendem a permanecer no coque, aumentando o teor de cinzas no produto e o enxofre aumenta o teor de enxofre no coque produzido. Altos teores de enxofre e metais limitam a produção do coque para fins mais nobres (coque grau anodo).
Densidade e curva de destilação: Importantes na avaliação da refratariedade da carga, cargas mais leves tendem a serem mais refratárias.
DESCRIÇÃO DO PROCESSO
Sistema de Recebimento de Carga, Aquecimento e Conversão: A carga fresca (vinda da unidade produtora ou de tambor) alimenta ao vaso de carga. O processo se inicia com o aquecimento da carga pela integração energética com correntes quentes geradas na própria unidade (como os refluxos circulantes da torre fracionadora, e com os produtos: gasóleo leve, médio e pesado. A temperatura ao final da bateria de trocadores de calor, pode atingir 260°C ou valores maiores. Após o preaquecimento, a carga fresca (CF) é normalmente enviada à região de fundo da torre fracionadora (torre combinada), por ter a função de fracionamento dos produtos de craqueamento e de vaso de acúmulo de carga, onde ocorre a incorporação do reciclo natural à carga fresca. O reciclo natural é a parte mais pesada dos produtos do craqueamento térmico da carga que, em vez de ser retirado da torre, desce até o fundo, se misturando à carga fresca e dando origem a carga combinada (CC). A Razão de Reciclo (RR) é dada por 
RR=(CC-CF)/CF * 100%
A carga combinada, após passar por um filtro existente no fundo da fracionadora, é bombeada para o forno-reator onde se iniciam as reações de craqueamento térmico. O projeto do forno é feito visando retardar a formação de coque, que deve ocorrer apenas no interior do tambor de coque, minimizando depósitos no interior dos tubos. 
Um procedimento para reduzir a formação de coque no interior dos tubos é a injeção de vapor d’água, cujo efeito é aumentar a turbulência e a velocidade de escoamento da mistura. Seu uso, portanto, é fundamental para aumentar a vida útil do equipamento e aumentar a confiabilidade da unidade.
O efluente de forno (aproximadamente 500°C e parcialmente vaporizado) segue para o tambor de coque, também chamado de reator, através da linha de transferência. O forno alimenta sempre dois tambores de coque, alternadamente. Enquanto o primeiro recebe a carga combinada, o segundo passa por etapas de remoção de coque (descoqueamento), limpeza e recolocação em operação.
A formação de coque dentro do tambor ocorre de baixo para cima da seguinte forma: a parte líquida da carga se acumula no tambor, e a maior parte dos vapores se condensa nas suas paredes mais frias, escorrendo e se juntando a massa líquida. Com o tempo e o aquecimento do tambor, as reações de craqueamento formam produtos mais leves do que a carga, enquanto as reações secundárias dão origem ao coque, que depois se ramifica. O líquido vai, progressivamente, sofrendo craqueamento, os vapores formados vão subindo através dos canais na massa de coque e o nível de coque vai aumentando em direção ao topo do tambor até que seja necessário interromper a operação para a remoção do coque.
Uma característica do enchimento é a formação de espuma, que pode arrastar finos de coque para a fracionadora. É necessária a injeção de um produto antiespumante quando o nível de coque chega em aproxi. 50% do tambor. Para que a troca de tambores não provoque a parada da unidade, usa-se a switch valve, para desviar o fluxo do primeiro tambor para o segundo, que se encontra limpo, vazio e aquecido a 300°C.
Na tubulação de saída do tambor, ocorre o resfriamento dos vapores de HC, pela injeção de uma corrente mais fria (GOMP a 50°C) com o objetivo de interromper imediatamente as reações e evitar a formação de coque na tubulação que liga o tambor a torre fracionadora. 
Torre combinada ou Fracionadora: Os vapores são admitidos na região de fundo da torre, sendo inicialmente dessuperaquecidos por contato direto com o reciclo de GOPK. A parte mais pesada dos vapores condensa, gerando assim o reciclo natural, que se incorpora a carga fresca para formar a carga combinada. A torre intercala regiões de troca de calor com regiões de fracionamento.
Sistema de compressão e Recuperação de Gases: Área Fria, tem como objetivo separar os efluentes do vaso de topo em GC, GLP e NL. Os vapores são comprimidos, resfriados e enviados para o vaso de alta pressão, gerando uma fase gasosa, uma oleosa e uma aquosa (recuperação de águas ácidas). A fase gasosa passa pelas torres absorvedoras, para a redução de pesados.
Torre absorvedora primária: Nafta resultante, rica em GLP, é enviada do fundo dessa absorvedora para o vaso de alta pressão. 
Torre absorvedora secundária: GC enviado para as unidades de tratamento.
A fase oleosa (nafta leve e GLP) é enviada para uma torre retificadora para remoção de gases leves, que retornam para o vaso de alta pressão, enquanto a corrente líquida é enviada à torre desbutanizadora (nafta leve + GKP)
Ciclo do Tambor de Coque: 
Switch: Abertura e fechamento das válvulas que desviam o fluxo do tambor cheio para o vazio.
Purga do leito de coquecom vapor d’água: recuperar os HC que ficaram retidos no leito do coque, através da injeção de vapor d’água. É iniciada antes do coque de carga, evitando o fechamento dos canais. O efluente (vapor d’água + HC) do tambor é enviado inicialmente a torre fracionadora e depois ao vaso blowdown.
Resfriamento: Injeção de água. É enviada ao sistema blowdown. Não pode ser muito rápido (deformação).
Drenagem: A água é drenada para o decantador de finos de coque e então recuperada e armazenada. 
Abertura do tambor de coque: Automaticamente ou manualmente.
Descoqueamento: Perfuração em duas fases com pontas de lanças distintas (perfuratriz e cortante). 
Purga com vapor e teste de estanqueidade: Purgado com vapor d’água para a expulsão do ar e pressurizado e pressurizado para verificação de possíveis vazamentos.
Aquecimento: Importante para aproximar a temperatura do tambor ao da carga, evitando resfriamento da mesma (choque térmico).
Caso haja algum atraso numa das etapas do ciclo , deve-se reduzir a carga da unidade, de forma a manter o tempo de enchimento de um tambor igual ao tempo de descoqueamento do outro.
Sistema de Manuseio de Coque: Durante o descoqueamento, o coque desce por rampas do fundo do tambor para um pátio chamado coke pit, projetado com caimento adequado para que ocorra a separação entre água e coque. A água é enviada para clarificação e o coque é removido por caçambas movidas por pontes rolantes, passando por um sistema de manipulação de sólidos com grandes esteiras.
Sistema de Blowdown: Tem como objetivo recolher os vapores oriundos dos tambores durante a purga, resfriamento e aquecimento, resfriando-o e separando os HC da fase aquosa. 
Vaso de blowndown: Antes de entrarem são resfriados por contado direto com água industrial (ou outras correntes como águas ácidas). A maior preocupação desse processo é a presença de água líquida no interior do vaso, para evitar a ocorrência desse fato, a temperatura deve ser mantida acima do valor de condensação da água (180 °C). A fase oleosa é enviada para a torre combinada (antes aquecida para remover a água). 
Condensador: Condensa os vapores de topo do vaso de blowdown. 
Separador água-óleo: Os efluentes são: frações leves (enviadas para o vaso de topo da torre combinada ou para a tocha), água (enviada para o tratamento de águas ácidas) e óleo (que segue para o vaso de resíduo ou para processamento direto). 
Vaso de resíduo: Recebimento da descarga de válvulas de segurança de determinados pontos do UCR.
PRODUTOS
Gás Combustível: Tratamento com Aminas para remoção de H2S, enviada ao anel de gás combustível da refinaria.
GLP: Tratamento com Aminas > Tratamento Cáustico Regenerativo (TRC) (Remoção dos Mercaptanos).
Nafta de Coqueamento: 
HDT de nafta de coqueamento > Unidade de reforma catalítica ou unidade de Isomerização > Gasolina
UFCC
Gasóleos Leves e Médio de Coqueamento: HDT (remover enxofre e nitrogênio) > óleo diesel
Gasóleo Pesado de Coqueamento: Pode ser carga da UFCC o UHCC (Hidrocraqueamento Catalítico)
Coque: 
Shot: Aparência esférica de diversos diâmetros; Baia área superficial; Baixo conteúdo de material volátil; Tendência a aglomeração; Alto teor de enxofre; Uso: Combustível (Verde).
Esponja: Aparência esponjosa; Grande área superficial; Alto conteúdo de material volátil; Baixo conteúdo de contaminantes; Duros, porosos, de formato irregular; 
Grau Combustível: Queima em fornos (cimenteira)
Grau ânodo: Fabricação de anodos para indústria de alumínio.
Agulha: Aparência de agulha de alta condutividade; Baixa presença de asfaltenos, resinas e metais (Ni e V); Baixo conteúdo de material volátil. Uso: Fabricação de eletrodos de grafite, uso como combustível em fornos (cerâmicas, caldeiras, entre outros).
Calcinado: Calcinado a 1200°C; Assemelha-se a grafite sintético; Estrutura cristalina; Uso: Anodos na indústria de alumínio ou eletrodos na indústria de aço; Produção de carbetos.
VARIÁVEIS DO PROCESSO
Razão de Reciclo: Aumento do reciclo natural melhora a qualidade do GOPK, aumenta a produção de leves (GC, GLP, NP e GOLK) e melhora a qualidade do coque.
Temperatura de Topo de Tambor: Uma temperatura mais alta aumenta a velocidade das reações e a vaporização dos hidrocarbonetos mais pesados, aumentando o coqueamento no forno. Temperaturas muito baixas elevam a produção do coque
Pressão de Topo de Tambor: Redução da pressão aumenta a vaporização de HC pesados dentro do tambor, causando redução da qualidade do coque e aumento do GOPK.
Tempo de Enchimento: Tem influência na capacidade de unidade e na qualidade do coque. Em relação a capacidade, maior vazão de carga, menor tempo de enchimento e maior produção de derivados. Em relação a qualidade, menor tempo de enchimento reduz a qualidade do coque. 
Vazão de Vapor D’água: A maior injeção de vapor de água no forno aumenta a vaporização de HC, aumenta a turbulência nos tubos e reduz o tempo de residência (fatores que reduzem a tendência a formação de coque).
Aluno: Thiago Pedro de Lira Gomes Matrícula: 117110104
QUESTÕES - Coqueamento
Em uma refinaria com apenas dois tambores de coque, durante o processo de descoqueamento, foi observado que a lança cortante demorou mais tempo do que foi projetado previamente, e causou um atraso de 2h no ciclo de tambor. O que isso pode causar a produção de derivados e o que deve ser alterado para que este problema seja resolvido?
R: Pode causar a parada total do processo, pois a refinaria tem apenas dois tambores de coque. O recomendado é que caso haja algum atraso numa das etapas do ciclo, deve-se reduzir a carga da unidade, de forma a manter o tempo de enchimento do tambor igual ao tempo de descoqueamento do outro.
“[...]Todos os meios variados, da alimentação ao produto, a pressões e temperaturas variáveis, devem ser controlados pelas válvulas nas unidades de coqueamento retardado. [...] Se o acúmulo de coque estiver obstruindo o movimento correto da válvula, o tempo de ciclo aumenta. Isso resulta em uma diminuição considerável da eficiência da produção. No pior cenário, e já que cada mínimo detalhe é importante, uma única válvula obstruída é capaz de parar uma unidade de coqueamento inteira para a manutenção.”.
Qual variável deve ser alterada para evitar esse tipo de situação? Explique.
R: Vazão de Vapor D’água. A maior injeção de vapor de água no forno aumenta a vaporização de HC, aumenta a turbulência nos tubos/válvulas e reduz o tempo de residência, fatores que reduzem a tendência a formação de coque.
O Sistema de Blowdown tem como objetivo recolher os vapores oriundos dos tambores de coque durante a purga, resfriamento e aquecimento, resfriando-os e separando os Hidrocarbonetos da fase aquosa. Foi observado um problema no recurso de aquecimento do vaso blowdown, e o mesmo foi parado para 127°C. Baseado nessas informações, diga o que acontecerá com os vapores efluentes do tambor de coque. Solucione este problema.
R: Acontecerá emulsão de água na fase líquida do vaso. Os vapores devem ser resfriados e enviados diretamente para o separador água-óleo.
Após a conclusão de uma aula de ‘Tecnologia em Refino I’ sobre o tema ‘Coqueamento Retardado’, a professora pediu para que os alunos esquematizassem um processo básico de coqueamento, incluindo carga, processo e produtos. Um dos alunos respondeu da seguinte maneira:
Você faria alguma modificação nesse esquema? Se sim, qual?
R: Existem várias alterações que devem ser feitas, porém as mais básicas são: Adição de bateria de pré-aquecimento da carga; Adição do forno antes de entrar no tambor de coque; Adição do sistema de compressão e recuperação de gases; Adição do sistema de blowdown e sistema de manuseio do coque; Remoção do produto ‘resíduo’ e substituição por ‘coque’; 
A refinaria NMLPF, localizada no estado do Acre, tem uma Duas unidades de destilação atmosférica (UDA), unidade de Craqueamento Catalítico (FCC),Duas unidades de coqueamento retardado (UCR), Duas unidades hidrotratamento de diesel (HDT-D), Duas unidades hidrotratamento de nafta (HDT-N), uma unidade de geração de hidrogênio (UGH) e Duas unidades de abatimento de emissões (SNOX). A unidade de FCC da refinaria é alimentada por Gasóleo Pesado proveniente das unidades de Coqueamento (GOPK). Geralmente as frações de GOPK variam entre 10-20% dos produtos do processo, porém foi observado que devido a mudança nas variáveis do processo, a NMLPF está produzindo apenas 12,5%, o que não é o suficiente para alimentar a FCC. Qual variável mudar e como?
R: Pressão de Topo de Tambor; Reduzindo a pressão (Isso aumenta a vaporização de HC pesados dentro do tambor, causando redução da qualidade do coque e aumento do GOPK).
Por que se é adicionado antiespumante no tambor de coque? O que essa espuma acarreta?
R: Pois durante o enchimento do tambor, uma de suas características é a formação de espuma na interface líquido-vapor. A espuma acarreta no arraste de finos de coque para a torre fracionadora. 
“Na Refinaria de Paulínia (REPLAN) a rentabilidade das duas UCR's chega a ser de US$ 1.000.000,00 por dia com a produção dos derivados (diesel, nafta e gás), sem considerar a receita com a venda de coque, onde estas mesmas unidades, produzindo 3.200 toneladas por dia de coque, obtêm somente com a sua venda o valor de US$ 208.000,00 por dia.[...] Como o coque produzido corresponde a no mínimo 25 % do volume de processamento das UCR ele não deveria ser negligenciado, já que atualmente a receita anual da Petrobras somente com a venda de coque é de 135 milhões de dólares”. 
O que é coque? Quais os tipos de coque, suas características e suas principais utilizações?
R: Coque é um produto sólido, de cor negra e forma aproximadamente granular. É obtido a partir do craqueamento de óleos residuais pesados e possui hidrocarbonetos pesados, que não se vaporizam.
Os Tipos de coque são:
Shot: Aparência esférica de diversos diâmetros; Baia área superficial; Baixo conteúdo de material volátil; Tendência a aglomeração; Alto teor de enxofre; Uso: Combustível (Verde).
Esponja: Aparência esponjosa; Grande área superficial; Alto conteúdo de material volátil; Baixo conteúdo de contaminantes; Duros, porosos, de formato irregular; 
Grau Combustível: Queima em fornos (cimenteira)
Grau ânodo: Fabricação de anodos para indústria de alumínio.
Agulha: Aparência de agulha de alta condutividade; Baixa presença de asfaltenos, resinas e metais (Ni e V); Baixo conteúdo de material volátil. Uso: Fabricação de eletrodos de grafite, uso como combustível em fornos (cerâmicas, caldeiras, entre outros).
Calcinado: Calcinado a 1200°C; Assemelha-se a grafite sintético; Estrutura cristalina; Uso: Anodos na indústria de alumínio ou eletrodos na indústria de aço; Produção de carbetos.